- Tuy nhiên, nếu sử dụng một thanh thép có đường kính thay đổi đều, như minh hoạ trên hình sau đây, thì hai đầu của lị xo sẽ có độ cứng thấp hơn phần giữa. Nhờ thế, khi có tải trọng nhỏ thì hai đầu lị xo sẽ co lại và hấp thu chuyển động. Mặt khác, phần giữa của lò xo lại đủ cứng để chịu được tải trọng nặng. Các lị xo có bước khơng đều, lị xo hình nón … cũng có tác dụng như vậy.
Lị xo thanh xoắn
Lị xo thanh xoắn (gọi tắt là thanh xoắn) là một thanh trụ đặc, được làm bằng từ loại thép lị xo có tính đàn hồi xoắn cao. Một đầu của thanh xoắn được gắn cố định trên khung xe và đầu còn lại được gắn cố định với càng A. Khi xe đi qua mấp mô mặt đường, càng A sẽ lắc quanh trục của thanh xoắn, làm cho thanh
xoắn bị xoắn lại, sau đó nó có xu hướng quay về trạng thái ban đầu đẩy càng A về vị trí cũ.
– Thanh xoắn cũng được sử dụng để làm thanh ổn định. Công nghệ chế tạo của lò xo thanh xoắn phức tạp nhưng dễ bố trí (vẫn sử dụng trên nhiều dịng xe). - Đặc điểm:
+ Nhờ tỷ lệ hấp thu năng lượng trên một đơn vị khối lượng lớn hơn so với các loại lị xo khác nên hệ thống treo có thể nhẹ hơn.
+ Kết cấu của hệ thống treo đơn giản.
+ Cũng như lị xo cuộn, thanh xoắn khơng tự khống chế dao động, vì vậy phải sử dụng thêm bộ giảm chấn.
+ Dễ dàng hơn bạn sẽ dễ dàng bắt gặp hệ thống treo loại này trên các dòng xe SUV của nhà sản xuất FORD như: Everest, Escape; Yyang song Korando…
Hình 2.33: Lị xo thanh xoắn
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản; Khối lượng phần không được treo nhỏ;
-Tải trong phân bố lên khung tốt hơn (khi thanh xoắn bố trí dọc) vì mơ men của các lực thẳng đứng tác dụng lên khung không nằm trong vùng chịu tải, nơi lắp các đòn dẫn hướng mà ở đầu kia của thanh xoắn.
Nhược điểm:
- Chế tạo khó khăn hơn.
- Bố trí lên xe khó hơn do thanh xoắn thường có chiều dài lớn.
-Cũng như lị xo cuộn, thanh xoắn khơng tự khống chế dao động, vì vậy phải sử dụng thêm bộ giảm chấn.
Hình 2.34: Hệ thống treo sử dụng thanh xoắn
Bộ phận đàn hồi khí nén
Lị xo khí nén được dùng trên hệ thống treo với chức năng là bộ phận đàn hồi. Hệ thống treo dùng lị xo khí làm bộ phận đàn hồi được gọi là hệ thống treo khí. Hệ thống treo khí đã xuất hiện trên ơ tơ từ đầu thế kỷ 20. Lị xo khí nén dùng làm bộ phận đàn hồi trên ô tơ là một ba lơng khí có vỏ làm bằng vải cao su có
độ bền cao (sợi tổng hợp hoặc ni lơng), vành kim loại tạo hình dáng cho ba long.
Hình 2.35: Bộ phận đàn hồi khí nén
2.3.3 Bộ phận giảm chấn
Bộ phận giảm chấn hay còn gọi là phuộc giảm chấn, phuộc giảm chấn có chức năng dập tắt dao động của xị lo giảm xóc một cách nhanh chóng, tạo sự êm dịu cho người ngồi trên xe, đồng thời cũng duy trì sự tiếp xúc mặt đường liên tục của bánh xe. Phuộc giảm chấn được trang bị trên các dịng xe ơ tơ hiện đại thường là phuộc thủy lực hoặc khí nén, nó là một cơ cấu tương tự như xylanh thủy lực, gồm một ống xylanh bên ngoài, một piston và ty đẩy di trượt bên trong xylanh, xylanh được điền đầy chất lỏng có độ nhớt cao để tạo nên sự cản trở chuyển động piston bên trong xylanh.
1. Píttơng 2. Van 3. Lỗ tiết lưu 4. Lò xo 5. Giảm chấn
Hình 2.36: Vị trí bộ phận giảm chấn
Hình 2.37: Độ dao động của xe
Bộ phận giảm chấn: Khi xe bị xóc do mặt đường gồ ghề, các lị xo của hệ thống treo sẽ hấp thu các chấn động đó. Tuy nhiên, vì lị xo có đặc tính tiếp tục dao động, và vì phải sau một thời gian dài thì dao động này mới tắt nên xe chạy không êm. Nhiệm vụ của bộ giảm chấn là hấp thu dao động này. Bộ giảm chấn
không những cải thiện độ chạy êm của xe mà còn giúp cho lốp xe bám đường tốt hơn và điều khiển xe ổn định hơn.
Nguyên tắc dập tắt dao động
Trong các xe ôtô, các bộ giảm chấn kiểu ống lồng sử dụng một loại dầu đặc biệt làm môi chất làm việc, được gọi là dầu giảm chấn. Trong kiểu giảm chấn này, lực làm tắt dao động là sức cản thuỷ lực phát sinh do dầu bị pittông ép chảy qua một lỗ nhỏ.
Lực giảm chấn
Lực giảm chấn càng lớn thì dao động của thân xe càng được dập tắt nhanh, nhưng chấn động do hiệu ứng làm tắt gây ra lại lớn hơn. Lực giảm chấn còn thay đổi theo tốc độ của pittơng. Có nhiều kiểu bộ giảm chấn khác nhau, tuỳ theo tính chất thay đổi của lực giảm chấn:
- Kiểu lực giảm chấn tỷ lệ thuận với tốc độ pittơng
- Kiểu có hai mức lực giảm chấn, tuỳ theo tốc độ của pittông
- Kiểu lực giảm chấn thay đổi theo phương thức chạy xe
Phân loại theo cấu tạo a. Giảm chấn ống đơn:
Là một loại giảm chấn Ducarbon, được nạp khí nitơ áp suất cao (20 – 30 kgf/cm2) gồm một ống tiếp xúc trực tiếp với khơng khí có tác dụng tỏa nhiệt rất tốt.
Trong quá trình vận hành sẽ khơng xuất hiện lỗ xâm thực và bọt khí, nhờ vậy mà có thể làm việc ổn định, giảm tiếng ồn rất nhiều.
Hình 2.38: Giảm chấn ống đơn
Cấu tạo: Trong xy lanh, buồng nạp khí và buồng chất lỏng được ngăn cách bằng một “pittơng tự do” (nó có thể chuyển động lên xuống tự do).
Đặc điểm của bộ giảm chấn kiểu đơn:
-Toả nhiệt tốt vì ống đơn tiếp xúc trực tiếp với khơng khí.
-Một đầu ống được nạp khí áp suất cao, và hồn tồn cách ly với chất lỏng nhờ có pittơng tự do. Kết cấu này đảm bảo trong q trình vận hành sẽ khơng xuất hiện lỗ xâm thực và bọt khí, nhờ vậy mà có thể làm việc ổn định.
-Giảm tiếng ồn rất nhiều. Hoạt động
+ Hành trình ép (nén)
Trong hành trình nén, cần pittơng chuyển động xuống làm cho áp suất trong buồng dưới cao hơn áp suất trong buồng trên. Vì vậy chất lỏng trong buồng dưới bị ép lên buồng trên qua van pittông. Lúc này lực giảm chấn được sinh ra do sức
cản dịng chảy của van. Khí cao áp tạo ra một sức ép rất lớn lên chất lỏng trong buồng dưới và buộc nó phải chảy nhanh và êm lên buồng trên trong hành trình nén. Điều này đảm bảo duy trì ổn định lực giảm chấn.
Hình 2.39: Quá trình ép (nén)
Hành trình trả (giãn)
Trong hành trình giãn, cần pittơng chuyển động lên làm cho áp suất trong buồng trên cao hơn áp suất trong buồng dưới. Vì vậy chất lỏng trong buồng trên bị ép xuống buồng dưới qua van pittông, và sức cản dịng chảy của van có tác dụng như lực giảm chấn.
Vì cần pittơng chuyển động lên, một phần cần dịch chuyển ra khỏi xy-lanh nên thể tích chốn chỗ trong chất lỏng của nó giảm xuống. Để bù cho khoảng hụt này, pittông tự do được đẩy lên (nhờ có khí cao áp ở dưới nó) một khoảng tương đương với phàn hụt thể tích
Hình 2.40: Q trình giãn nở
Các bộ giảm chấn có cấu tạo kiểu ống đơn khơng cho phép ống này bị biến dạng, vì biến dạng sẽ làm cho pittơng và pittông tự do không thể chuyển động tự do được. Bộ giảm chấn này thường được trang bị một vỏ bảo vệ để ngăn đá bắn vào; khi lắp ráp bộ giảm chấn phải đặt cho vỏ bảo vệ hướng về phía trước của xe.
b. Giảm chấn ống kép
Bên trong vỏ (ống ngồi) có một xy-lanh (ống nén), và trong xy-lanh có một pittơng chuyển động lên xuống. Đầu dưới của cần pittơng có một van để tạo ra lực cản khi bộ giảm chấn giãn ra. Đáy xy-lanh có van đáy để tạo ra lực cản khi bộ giảm chấn bị nén lại. Bên trong xy-lanh được nạp chất lỏng hấp thu chấn động, nhưng buồng chứa chỉ được nạp đầy đến 2/3 thể tích, phần cịn lại thì nạp khơng khí với áp suất khí quyển hoặc nạp khí áp suất thấp. Buồng chứa là nơi chứa chất lỏng đi vào và đi ra khỏi xy lanh. Trong kiểu buồng khí áp suất thấp, khí được nạp với áp suất thấp (3 – 6 kgf/cm2). Làm như thế để chống phát sinh tiếng ồn do hiện tượng tạo bọt và xâm thực, thưỡng xảy ra trong các bộ giảm
chấn chỉ sử dụng chất lỏng. Giảm thiểu hiện tượng xâm thực và tạo bọt còn giúp tạo ra lực cản ổn định, nhờ thế mà tăng độ êm và vận hành ổn định của xe.
Trong một số bộ giảm chấn kiểu nạp khí áp suất thấp, người ta khơng sử dụng van đáy, và lực hãm xung được tạo ra nhờ van pittông trong cả hai hành trình nén và giãn.
Hình 2.41: Giảm chấn ống kép
- Hiện tượng sục khí:
Khi chất lỏng chảy với tốc độ cao trong bộ giảm chấn, áp suất ở một số vùng sẽ giảm xuống, tạo nên các túi khí hoặc bọt rỗng trong chất lỏng. Hiện tượng này được gọi là xâm thực. Các bọt khí này sẽ bị vỡ khi di chuyển đến vùng áp suất
cao, tạo ra áp suất va đập. Hiện tượng này phát sinh tiếng ồn, làm áp suất dao động, và có thể dẫn đến phá huỷ bộ giảm chấn. - Tạo bọt khí:
Tạo bọt là q trình làm trộn lẫn khơng khí với chất lỏng trong bộ giảm chấn. Hiện tượng này tạo ra tiếng ồn, làm áp suất dao động, và gây tổn thất áp suất
Hoạt động
+ Hành trình nén (ép)
Hình 2.42: Quá trình ép (nén)
- Tốc độ chuyển động của cần pittông cao
Khi pittông chuyển động xuống, áp suất trong buồng A (dưới pittông) sẽ tăng cao. Dầu sẽ đẩy mở van một chiều (của van pittông) và chảy vào buồng B mà không bị sức cản nào đáng kể (không phát sinh lực giảm chấn). Đồng thời, một lượng dầu tương đương với thể tích chốn chỗ của cần pittơng (khi nó đi vào trong xy lanh) sẽ bị ép qua van lá của van đáy và chảy vào buồng chứa. Đây là lúc mà lực giảm chấn được sức cản dịng chảy tạo ra.
Hình 2.43: Q trình chuyển động của pittong
Tốc độ chuyển động của cần pittông thấp Nếu tốc độ của cần pittơng rất thấp thì van một chiều của van pittông và van lá của van đáy sẽ khơng mở vì áp suất trong buồng A nhỏ. Tuy nhiên, vì có các lỗ nhỏ trong van pittơng và van đáy nên dầu vẫn chảy vào buồng B và buồng chứa, vì vậy chỉ tạo ra một lực cản nhỏ.
Hành trình trả (giãn) -Tốc độ chuyển động của cần pittông cao Khi pittông chuyển động lên, áp suất trong buồng B (trên pittông) sẽ tăng cao. Dầu sẽ đẩy mở van lá (của van pittông) và chảy vào buồng A. Vào lúc này, sức cản dịng chảy đóng vai trị lực giảm chấn. Vì cần pittơng chuyển động lên, một phần cần thốt ra khỏi xy-lanh nên thể tích chốn chỗ của nó giảm xuống. Để bù vào khoảng hụt này dầu từ buồng chứa sẽ chảy qua van một chiều và vào buồng A mà không bị sức cản đáng kể. -Tốc độ chuyển động của cần pittông thấp Khi cán pittông chuyển động với tốc độ thấp, cả van lá và van một chiều đều vẫn đóng vì áp suất trong buồng B ở trên pittơng thấp. Vì vậy, dầu trong buồng B chảy
Phân loại theo mơi chất làm việc a. Kiểu thủy lực
Bộ phận đóng vai trị chủ động, giúp thiết bị giảm bớt những xóc do địa hình tạo nên được gọi là ống giảm chấn thủy lực. Nhiệm vụ của các bộ giảm chấn đó là hấp thu dao động.
Đặc điểm nổi bật của loại giảm chấn này là nhỏ, gọn thuận tiện cho lắp đặt và sử dụng nhằm triệt tiêu hay biến lực tác động đến bánh xe, một số thiết bị khác về mức thấp nhất.
Hình 2.44: Giảm chấn thủy lực
a. Kiểu lị xo
Giảm chấn lò xo là loại giảm chấn được làm từ hợp kim cao cấp, có khả năng phục hồi sau biến dạng cực tốt và chịu lực tốt. Các loại lò xo giảm chấn thường
có đế lót cao su khá dày khoảng 18 – 25mm, có khả năng đàn hồi cao, bên ngồi thường được mạ một lớp sơn tĩnh điện, có khả năng chống ăn mòn, chống gỉ hiệu quả, vừa đảm bảo độ, tuổi thọ cao và tưng tính thẩm mỹ.
Giảm chấn lò xo hạn chế tối đa hiện tượng rung lắc, hao mòn được ứng dụng trong các hệ thống điều hịa, máy cơng nghiệp như: giảm chấn máy phát điện, giảm chấn ô tô,…
Hình 2.45: Giảm chấn lị xo
b. Kiểu cao su
-Giảm chấn cao su là loại giảm chấn cấu tạo bởi những miếng cao su có hình khối đặc biệt, được ứng dụng phổ biến trong các vị trí thường xuyên xảy ra rung lắc mạnh như cao su giảm chấn cửa ơ tơ, cao su giảm chấn cửa kính, đế cao su giảm chấn,…
-Với chất liệu là cao su có độ dẻo dai cao, có khả năng co giãn, đàn hồi tốt và ma sát cao được gia công để phù hợp với mọi loại hình, mục đích và ứng dụng nhằm đạt được kết quả ứng dụng cao.
Phân loại theo vận hành
a. Giảm chấn tác dụng đơn (một chiều)
Giảm chán tác dụng đơn hay giảm chấn một chiều có nghĩa là trong hai hành trình (nén và trả) thì chỉ có một hành trình giảm chấn có tác dụng.
Thơng thường khi thiết kế người ta sẽ thiết kế giảm chấn đơn tác dụng thì người ta thiết kế giảm chấn có tác dụng ở hành trình trả. Nên khi thiết kế người ta sẽ cấu tạo pít tơng của giảm chấn gồm hai lỗ. Một lỗ nổ có vai trị tiết lưu, cịn một lỗ lớn với van một chiều để loại bỏ tác dụng của giảm chấn ở hành trình nén.
b. Giảm chấn đa tác dụng (hai chiều)
Giảm chấn đa tác dụng hay giảm chấn hai chiều có tác dụng ở cả hai hành trình nén và trả.
Cấu tạo của pít tơng giảm chấn loại này gồm hai kai lỗ vơi hai nắp van (dạng van một chiều) với kích thước lỗ khác nhau. Lỗ nhỏ có tác dụng ở hành trình trả cịn lỗ lướn có tác dụng ở hành trình nén. Như vậy, lực cản của giảm chấn ở hành trình trả sẽ lớn hơn ở hành trình nén, phù hợp với yêu cầu làm việc của hệ thông treo.
Một vài loại phuộc thủy lực thường gặp hiện nay
Hiện nay để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động người ta dùng giảm chấn thủy lực. Giảm chấn thuỷ lực sẽ biến cơ năng các dao động thành nhiệt năng và sự làm việc của nó là nhờ ma sát giữa các chất lỏng và lỗ tiết lưu là ma sát chủ yếu để dập tắt các dao động. Giảm chấn phải đảm bảo dập tắt
nhanh các dao động nếu tần số dao động lớn nhằm mục đích tránh cho thùng xe lắc khi đường mấp mô và phải dập tắt chậm các dao động nếu ơtơ chạy trên đường ít mấp mô để cho ôtô chuyển động êm dịu.
a. Phuộc thủy lực loại kép
Hình 2.47: Cấu tạo phuộc thủy lực loại kép
-Phuộc thủy lực loại kép bố trí một khoang xylanh phụ bao quanh phía ngồi của khoang xylanh chính, khi ty piston đi xuống chống chỗ chất lỏng bên trong khoang chính, chất lỏng sẽ được đẩy ra khoang phụ bên ngồi, do đó áp suất
chất lỏng bên trong khoang xylanh chính sẽ giữ ngun do đó hiện tượng cứng phuộc được khắc phục.
-Nhưng loại phuộc này có một nhược điểm rất lớn, đó là khả năng giải nhiệt của phuộc thấp, phuộc nhanh bị nóng làm giảm độ nhớt của chất lỏng bên trong, giảm khả năng dập tắt dao động nhanh của phuộc.
Ưu điểm:
Giảm chấn hai lớp có độ bền cao, giá thành hạ làm việc ở cả hai hành trình, trọng lượng nhẹ.
Nhược điểm:
Khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hiện tượng khơng khí lẫn vào chất lỏng để giảm hiệu quả của giảm chấn.
Sự khác nhau giữa các giảm chấn hiện nay là ở các kết cấu van trả van nén, cụm bao kín và đường kính, hành trình làm việc. Việc bố trí trên xe cho phép